Wgląd w komórkę za pomocą optycznej pułapki laserowej: lokalizuje mikroskopijne cząsteczki w celu wyciągnięcia wniosków na temat ich przypadkowego, drżącego ruchu. Nowe podejście opracowane przez badaczy z Getyngi pozwala wywnioskować z tych ruchów, jak twarde, miękkie lub płynne jest wnętrze komórki. Źródło: Till Moritz Münker
Zespół badawczy na Uniwersytecie w Getyndze opracował metodę rozpoznawania właściwości komórek.
Sprawdzasz, czy awokado jest twarde czy miękkie, patrząc na nie? Wymagałoby to rozpoznania, jak komórki roślinne zachowują się pod skórą. To samo dotyczy wszystkich innych komórek na naszej planecie: pomimo ponad 100 lat intensywnych badań wiele z ich właściwości pozostaje ukrytych wewnątrz komórki. W swojej niedawnej publikacji w Nature Materials naukowcy z Uniwersytetu w Getyndze opisują nowe podejście, które pozwala określić szczególnie trudne do wykrycia właściwości mechaniczne wnętrza komórki po bliższym przyjrzeniu się.
Komórki są podstawowymi jednostkami wszelkiego życia, a ich dokładne poznanie jest kluczowym czynnikiem postępu medycyny i biologii. Niemniej jednak badania nad nimi nadal stanowią wyzwanie, ponieważ wiele metod niszczy komórkę podczas analizy. Naukowcy z Uniwersytetu w Getyndze wpadli teraz na nowy pomysł: wykorzystali losowy ruch zmienny, jaki wykonują wszystkie mikroskopijne cząstki. Aby tego dokonać, najpierw przeprowadzili symulację oczekiwanych fluktuacji, a następnie sprawdzili przewidywania za pomocą optycznych pułapek laserowych, które potrafią precyzyjnie kontrolować mikrocząstki.
Dzięki takiemu podejściu zespół badawczy był w stanie analizować ruch mikroskopijnych cząstek – z precyzją w zakresie nanometrów i rozdzielczością czasową około 50 mikrosekund. Ponadto analiza uwzględnia także historię, czyli ruchy w przeszłości. Okazało się, że wiele obiektów zawsze chce wrócić w określone miejsce po przypadkowym oddaleniu się. Naukowcy wykorzystali tę tendencję do powrotu do poprzedniej pozycji, aby zdefiniować nową metodę kwantyfikacji, tak zwaną średnią relaksację zwrotną (MBR).
Przedstawiamy średni relaks pleców (MBR)
Ta nowa zmienna pełni obecnie rolę swego rodzaju odcisku palca: zawiera informację o przyczynach zaobserwowanych ruchów. Umożliwia to po raz pierwszy odróżnienie procesów aktywnych od procesów czysto zależnych od temperatury (ruchy Browna). „Dzięki MBR możemy uzyskać więcej informacji z ruchów obiektów, niż jest to możliwe przy użyciu zwykłych metod” – wyjaśnia profesor Matthias Krüger z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu w Getyndze.
Aby wyciągnąć wnioski na temat żywych komórek, naukowcy zastosowali tę metodę do wnętrza żywych komórek. „Ponieważ nasza wiedza na temat wnętrza komórek jest nadal ograniczona, początkowo nie było jasne, czy MBR można również zastosować tutaj. Kiedy zobaczyłem powstałe krzywe, nie mogłem uwierzyć własnym oczom, ponieważ wnętrze komórek można było bardzo precyzyjnie opisać, stosując podejścia, które pierwotnie opracowaliśmy dla znacznie prostszych sytuacji” – zachwyca się profesor Timo Betz z Trzeciego Instytutu Fizyki, kierownik eksperymentów.
„Wyniki pokazują, że połączenie dokładnej analizy i nowych, inteligentnych metod analizy może dostarczyć wglądu w to, czy wnętrze komórek jest miękkie, twarde czy płynne” – mówi pierwszy autor badania, Till Münker z Trzeciego Instytutu Fizyki. Praca była współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Grantu Konsolidatora ERBN.
Odniesienie: „Dostęp do aktywności i właściwości lepkosprężystych sztucznych i żywych systemów na podstawie pomiarów pasywnych” Till M. Muenker, Gabriel Knotz, Matthias Krüger i Timo Betz, 31 lipca 2024 r., Materiały natury.
DOI: 10.1038/s41563-024-01957-2
